WO2017217332A1 - 電磁機器の鉄心接合部構造 - Google Patents

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WO2017217332A1
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iron core
yoke
core
winding
transformer
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亮 西水
師岡　寿至
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株式会社日立製作所
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support

Definitions

  • the present invention relates to an iron core structure of a stationary induction device among electromagnetic devices.
  • a static induction device is a device that changes the voltage by using a magnetic coupling or a reactor that adjusts impedance by using the action of a magnetic field. This is largely composed of an iron core and windings.
  • the iron core is a part related to the basic specifications such as the number of windings by the magnetic flux density and the cross-sectional area.
  • an electromagnetic steel plate or a magnetic ribbon is used as the structural material. The materials can be selected depending on the application.
  • power transformers such as transformers and pole transformers used in substations use an iron core having a structure in which electromagnetic steel sheets or iron-based amorphous layers are laminated.
  • the portions arranged in the horizontal direction at the upper and lower portions of the iron core are called upper and lower yokes, and the portions where the windings are arranged perpendicular to the axial direction of the windings are called legs.
  • a metal metal fitting for fastening the upper and lower yokes there are a metal metal fitting for fastening the upper and lower yokes, a stat bolt connected to both of the metal fittings for fastening, and other metal fittings for providing the lower iron core.
  • the fastening metal fittings are located above and below the winding in the axial direction, and an AC magnetic flux (hereinafter referred to as leakage magnetic flux) generated from the winding acts on them. Eddy current) occurs.
  • Patent Document 1 JP-A-2014-216524 is known as a prior art. Patent Document 1 proposes a structure that prevents leakage magnetic flux from winding from entering the fastening bracket by inserting a magnetic material block between the fastening bracket and the coil to form a magnetic path to the iron core. is doing. This suppresses the occurrence of loss in the fastening hardware.
  • the present invention provides a structure that reduces the loss generated in the fastening hardware without increasing the height of the iron core.
  • the present invention provides a leg that is an iron core region around which a winding is wound and a yoke that is disposed in a horizontal direction, wherein the cross-sectional shape of the yoke is longer in the horizontal direction than the cross-sectional shape of the leg.
  • the iron core is characterized in that, in a leg serving as an iron core region around which the winding is wound and a yoke arranged in the horizontal direction, the cross-sectional shape of the yoke is longer in the horizontal direction than the cross-sectional shape of the leg.
  • the structure has the effect of reducing the loss generated in the fastening hardware.
  • FIG. 3 shows the iron core of the transformer.
  • the iron core 40 of the transformer is formed by laminating electromagnetic steel plates or amorphous ribbons.
  • the upper and lower portions of the iron core disposed in the horizontal direction are referred to as an upper yoke 41 and a lower yoke 43, and the portions of the winding disposed perpendicular to the axial direction of the winding are referred to as legs 43.
  • Fig. 4 shows the structure of the transformer.
  • a low-voltage winding 15 and a high-voltage winding 16 are wound around an iron core 14 formed by laminating electromagnetic steel plates or amorphous ribbons.
  • a winding is not shown in the figure, there are some composed of two or more such as a low-voltage winding, a high-voltage winding, and a tap winding.
  • a fastening metal fitting 17 is provided in order to maintain the shape of the iron core.
  • the fastening bracket 17 is disposed so as to compress the stacking direction of the upper yoke of the iron core 14.
  • an insulator 18 is disposed on the upper and lower portions of the winding, and a push bolt 19 provided on the fastening bracket 17 is used via a highly rigid component 20 such as metal. Is done.
  • the iron core 14 and the windings 15 and 16 thus configured are placed in a tank 20 and impregnated with oil and covered with a tank cover 21.
  • the fastening bracket 17 When a current flows through the windings 15 and 16 of the transformer configured as described above, a leakage flux 21 is generated.
  • the leakage magnetic flux 21 diffuses into the space and generates an eddy current in the metal object according to the law of electromagnetic induction. Joule heat loss due to this eddy current is one factor of transformer loss.
  • the fastening bracket 17 is a structure close to a winding and is greatly affected by this, so that countermeasures are taken as shown in FIG.
  • a block 30 made of a magnetic material is provided between the fastening bracket 32 and the parts 31 arranged above and below the winding.
  • the block 30 is generally constructed by laminating silicon steel plates.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of the first embodiment.
  • This embodiment has a structure that reduces the loss of the fastening hardware without increasing the height of the iron core.
  • the iron core 1 differs in the stacking direction width between the upper yoke 50 and the leg 51.
  • the thickness L1 of the upper yoke in the stacking direction and the leg L2 are in the relationship of equation (1).
  • the lower yoke of the iron core is also formed with the same width L1 as that of the upper yoke 50 in the stacking direction.
  • FIG. 2 shows a three-phase iron core structure.
  • the relationship between the width L1 in the stacking direction of the upper yoke 11 and the lower yoke 12 and the width L2 in the stacking direction of the legs 13 is the same as in the formula (1).
  • the structure shown in FIGS. 1 and 2 can eliminate the magnetic block 30 of FIG. 5 which is a conventional structure.
  • the space for arranging the blocks 30 can be reduced.
  • FIG. 1 a second embodiment of the present invention is shown in FIG. This example is different from the first embodiment in the structure of the iron core. Since the volume of the upper yoke 63 that absorbs the leakage magnetic flux generated from the windings 61 and 62 in the iron core 60 is less effective in the upper region of the upper yoke 63, it is possible to provide an insulator 64 in this region. .
  • An insulator 67 and a highly rigid component 68 are disposed above the windings 61 and 62.
  • the highly rigid component 68 holds the windings 61 and 62 with a push bolt 69 provided on the fastening yoke 65 of the upper yoke.
  • the portion where the width of the upper yoke 63 in the laminating direction is the maximum is L1
  • the relationship with the width L2 of the leg in the laminating direction is the same as equation (1).
  • the structure shown in FIGS. 1 and 2 can eliminate the magnetic block 30 of FIG. 5 which is a conventional structure.
  • the space for arranging the blocks 30 can be reduced.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

本発明では、鉄心の高さを高くすることなく締め付け用金具で発生する損失を低減する構造を提供する。上記課題を解決するための手段として、本発明では、静止誘導電器の電磁鋼板またはアモルファス薄帯を積層した積み鉄心において、鉄心の上部の水平方向に配置するヨークの断面の水平方向の最大寸法が、鉄心の巻線を巻き回す垂直方向の脚の断面の水平法の最大寸法より、大きなことを特徴とする。

Description

電磁機器の鉄心接合部構造
　本発明は、電磁機器のうち特に静止誘導機器の鉄心構造に関わる。
　静止誘導機器は磁場の作用を利用して、インピーダンスを調整するリアクトルや磁気的結合により、電圧を変更する機器である。これは、大きく鉄心と巻線で構成する。鉄心は磁束密度と断面積により、巻線の巻数など基本的な仕様と関係する部位である。その構造材としては、電磁鋼板や磁性薄帯が利用される。材質は用途によって使い分けられるが、例えば、変電所に利用される変圧器や柱上変圧器などの電力用変圧器は電磁鋼板や鉄系のアモルファスを積層した構造の鉄心を利用する。内鉄型の変圧器では、鉄心の上部及び下部の水平方向に配置される部位を上部及び下部ヨークと呼び、巻線を巻線の軸方向に垂直に配置する部位を脚と呼ぶ。鉄心は構造体として形状を保持するために、上部及び下部ヨークを締め付ける金属製の締め付け用金具や、双方の締付け用金具に連結するスタットボルト、その他、鉄心下部を設ける金具などがある。特に、締め付け用金具は巻線の軸方向の上下に位置し、巻線から発生する交流磁束（以下、漏れ磁束と記す）が作用することから、電磁誘導の作用で金具内部に電流（以下、渦電流と記す）が発生する。この電流により、締め付け用金具はジュール熱損が発生し、効率の悪化を招く。このため、変圧器の低損失化には、締め付け用金具でのジュール熱損を抑える工夫がなされる。
　従来技術として特開2014-216524号（特許文献１）が知られている。特許文献1では締め付け用金具とコイルの間に磁性材のブロックをいれて鉄心側への磁路を形成することにより、巻線からの漏れ磁束を締め付け用金具へ進入させないようにする構造を提案している。これにより、締め付け用金具での損失発生を抑制する。
特開2014-216524号公報
　しかしながら、巻線と締め付け用金具の間に磁性材のブロックを配置する場合、当該磁性材のブロックを配置する空間を確保する必要があり、鉄心の高さが高くなるという問題があった。そこで、本発明では、鉄心の高さを高くすることなく締め付け用金具で発生する損失を低減する構造を提供する。
　上記課題を解決するために、本発明は巻線を巻き回した鉄心領域となる脚と、水平方向に配置されるヨークにおいて、当該ヨークの断面形状が当該脚の断面形状より水平方向に長いことを特徴とする鉄心構造を利用する。これにより、巻線上部にヨークが配置されることから、締め付け用金具で発生する損失を低減することができる。
　本発明によれば、巻線を巻き回した鉄心領域となる脚と、水平方向に配置されるヨークにおいて、当該ヨークの断面形状が当該脚の断面形状より水平方向に長いことを特徴とする鉄心構造により締め付け用金具で発生する損失を低減する効果がある。
本発明の形態を示す説明図である。 本発明の形態の鉄心の説明図である。 従来の鉄心の説明図である。 従来の鉄心及び周辺構造の説明図である。 従来の鉄心及び周辺構造の説明図である。 本発明の第２の実施形態を示す説明図である。
　以下、本発明の実施例について説明する。
　最初に、変圧器の構造に関して説明する。図３に変圧器の鉄心を示す。変圧器の鉄心４０は電磁鋼板やアモルファス薄帯を積層して形成する。鉄心の上部及び下部の水平方向に配置される部分を上部ヨーク４１及び下部ヨーク４３と呼び、巻線を巻線の軸方向に垂直に配置される部分を脚４３と呼ぶ。図４に変圧器の構造を示す。変圧器は、電磁鋼板やアモルファス薄帯を積層して形成した鉄心１４に低圧巻線１５及び高圧巻線１６を巻き回している。なお、巻線は図示しないが、低圧巻線、高圧巻線、タップ巻線など２つ以上から構成されるものもある。鉄心には形状を保持するために締め付け用金具１７を設ける。この締め付け金具１７は、鉄心１４の上部ヨークの積層方向を圧縮するように配置する。また、巻線１５及び１６を保持する構造として、巻線上部及び下部に絶縁物１８を配置し、金属等の剛性の高い部品２０を介して、締め付け用金具１７に設けた押しボルト１９が利用される。このように構成した鉄心１４、巻線１５及び１６をタンク２０にいれて、油に含浸させてタンクカバー２１でカバーする。
　次に、締め付け用金具１７で発生する損失に関して説明する。以上のように構成した変圧器の巻線１５及び１６に電流が流れると漏れ磁束２１が発生する。漏れ磁束２１は、空間に拡散して、金属物に電磁誘導の法則による渦電流を発生させる。この渦電流によるジュール熱損が変圧器の損失の１要因となる。特に締め付け用金具１７は、巻線に近い構造物であり、この影響を大きく受けることから、図５に示すように対策が行われる。対策には、締め付け用金具３２と巻線の上下に配置する部品３１の間に磁性材料によるブロック３０を設ける。このブッロク３０にはケイ素鋼板を積層し構成されるものが一般的である。このような構造にすることにより、巻線３３及び３４から発生する漏れ磁束３５は、締め付け用金具３２に達することなく鉄心３６に流れ込むようになる。つまり、締め付け用金具３２で発生する損失を抑えることができる。
　次に本発明の第１の実施形態を図１及び図２に示す。図１は第一の実施形態の説明図である。本実施例は、鉄心の高さの増加なく締め付け金具の損失を低減する構造である。鉄心１は、積層方向の幅が上部ヨーク５０と脚５１とで異なる。具体的には、上部ヨークの積層方向の厚みL1と脚のL2は、(1)式の関係にある。なお、図示していないが、鉄心の下部ヨークに関しても積層方向の幅を上部ヨーク５０と同様のL1で形成する。
　　L1＞L2　・・・(1)
　これにより、巻線２及び３の上部に上部ヨーク５０が存在する構造となる。巻線２及び３の上部には絶縁物５と剛性の高い部品６が配置される。剛性の高い部品６は上部ヨークの締め付け用金具４に設けた押しボルト７で巻線を保持する。このような構造とすることで、巻線２及び３で発生する漏れ磁束は、直接鉄心１に流れ込むようにすることができる。なお、図示していないが、鉄心１の下部ヨークに関しては同様の構造である。図２は３相器の鉄心構造を示す。上記のように当該鉄心１０は、上部ヨーク１１及び下部ヨーク１２の積層方向の幅L1と脚１３の積層方向の幅L2の関係は（１）式と同様である。なお、三相５脚器及び単相器の構造に関しても同様である。
　以上のように構成された本実施形態において、上記、図１及び図２の構造とすることで、従来の構造である図５の磁性体のブロック３０は不要とすることができるので、磁性体のブロック３０を配置するスペースを削減できる。その結果、鉄心の高さ方向の寸法を低くすることができる鉄心構造を提供できる。
　次に、本発明の第２の実施形態を図６に示す。本実施例は、第１の実施形態と鉄心の構造が異なるものである。巻線６１及び６２から発生する漏れ磁束を鉄心６０に吸収する上部ヨーク６３の体積は、上部ヨーク６３のうち上部領域の効果は小さいことから、この領域に絶縁物６４を設けることも可能となる。巻線６１及び６２の上部には絶縁物６７と剛性の高い部品６８が配置される。剛性の高い部品６８は上部ヨークの締め付け用金具６５に設けた押しボルト６９で巻線６１及び６２を保持する。この場合、上部ヨーク６３の積層方向の幅は最大となる部位をL1として、脚の積層方向の幅L2との関係で、（１）式と同様である。このような構造とすることで、ケイ素鋼板の量を少なくすることができる。
　以上のように構成された本実施形態において、上記、図１及び図２の構造とすることで、従来の構造である図５の磁性体のブロック３０は不要とすることができるので、磁性体のブロック３０を配置するスペースを削減できる。その結果、鉄心の高さ方向の寸法を低くすることができる鉄心構造を提供できる。
1・・鉄心
2・・低圧巻線
3・・高圧巻線
4・・締め付け用金具
5・・絶縁物
6・・剛性の高い部品
7・・押しボルト
11・・上部ヨーク
12・・下部ヨーク
13・・脚
20・・タンク
21・・タンクカバー
22・・漏れ磁束
30・・絶縁物のブロック

Claims (3)

  1. 　静止誘導電器の電磁鋼板またはアモルファス薄帯を積層した積み鉄心において、鉄心の上部の水平方向に配置する鉄心ヨークの断面の水平方向の最大寸法が、鉄心の巻線を巻き回す垂直方向の鉄心脚の断面の水平方向の最大寸法より、大きなことを特徴とする変圧器鉄心構造。 
  2. 　請求項１記載の変圧器鉄心構造において、前記鉄心脚の最大寸法より、大きなヨークの領域において、ヨークの上部に絶縁物を含むことを特徴とする変圧器鉄心構造。
  3. 　請求項２記載の変圧器鉄心構造と前記鉄心ヨークを保持する締め付け用金具と、該締め付け用金具に設けた巻線上部に配置する絶縁物と、該絶縁物を押圧するための押付け部品を有することを特徴とする変圧器鉄心構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS4844723A (ja) * 1971-05-24 1973-06-27
US20150213943A1 (en) * 2012-07-13 2015-07-30 Abb Technology Ltd Hybrid Transformer Cores

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